CN106081091B - 用于通信基站勘测的飞行机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于通信基站勘测的飞行机器人，包括：数据采集单元：用于采集基站的图像信息及基站中每个天线的相关信息；飞行器载体：用于搭载所述数据采集单元；地面控制与数据处理单元：与所述数据采集单元无线通信连接，用于控制所述飞行器载体的运动，并根据所述数据采集单元发送的信息计算出基站中每个天线的位置、天线发射信号的类别、剩余空间大小、天线挂高及基站尺寸。与现有技术相比，本发明适用于勘测工作人员难以攀爬的各种通信基站，其智能度高，使用方便，工作效率高。

Description

用于通信基站勘测的飞行机器人

技术领域

本发明属于通信网络建设领域，尤其涉及一种用于通信基站勘测的飞行机器人。

背景技术

通信技术的飞速发展对通信网络的建设提出了更高的要求，而通信网络建设的第一步就是勘测。很多情况下，通信网络的建设会利用原有的铁塔基站或楼顶基站，但很多原有基站由于年代久远其相关资料有不同程度的缺失。而一般来说在原有基站上进行建设需要充分考虑现有情况，包括基站的剩余空间和每个天线发射信号的类别等。其中，对剩余空间的勘察可得知这个基站还有没有空间安装天线，而对天线发射信号的勘察可得知在哪些天线附近不能安装何种天线。因为某些信号之间如果发射天线间距过小，会造成强干扰。比如，WLAN天线就不能与4G的天线放置太近。所以如果要在一个有WLAN信号发射天线的基站上建设4G网络，则需要考虑天线间距问题。综上所述，对通信基站进行详实的勘测是非常必要的，尤其是原有铁塔基站和楼顶基站。

在实际勘测过程中，由于基站的高度太高，所以会造成基站勘测任务难度和危险性都较大。但为了完成勘测任务，楼顶基站一般需要工作人员爬至楼顶基站天线抱杆处，手工测量楼面空间和天线的分布，并査看天线及设备型号；铁塔基站一般会采用光学测距仪来进行估计，由于多种造成误差的因素存在，勘测误差较大。

发明内容

本发明的针对上述现有技术存在的问题，提供一种用于通信基站勘测的飞行机器人，使勘测人员不用爬到危险的基站顶端就能较准确的得到基站信息。

为解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案来实现：一种用于通信基站勘测的飞行机器人，用于对高耸的通信基站进行详细勘测，包括：

数据采集单元：用于采集基站的图像信息、基站中天线的信号强度及天线的高度等信息；

飞行器载体：用于搭载所述数据采集单元；

地面控制与数据处理单元：与所述数据采集单元无线通信连接，用于控制所述飞行器载体的运动，并根据所述数据采集单元发送的信息绘制出通信基站的细节图并计算出基站中每个天线的位置、发射信号的类别、剩余空间大小、天线挂高及基站尺寸等。

所述地面控制与数据处理单元包括：

遥控器：用于在地面上控制所述飞行器载体的运动；

上位机：与所述数据采集单元无线通信连接，根据所述数据采集单元发送的信息计算出基站中天线的位置、天线发射信号的类别、剩余空间大小、天线挂高及基站尺寸。所述上位机用于完成基站各种尺寸的计算，所述上位机可采用平板电脑、PC机等设备。

所述飞行器载体为四旋翼飞行器。

所述数据采集单元包括：

勘测专用处理器：与所述地面控制与数据处理单元无线通信连接，将接收的信号发送给上位机；

通信信号收发装置：与所述勘测专用处理器连接，用于接收基站中天线的信号并发送给所述勘测专用处理器，上位机上可显示天线的信号强度，地面工作人员据此可确定天线所发射的信号的类型；

图像采集模块：通过两轴云台转动连接在所述飞行器载体上并与所述勘测专用处理器连接，用于采集基站图像信息并发送给勘测专用处理器；上位机上可实时显示图像采集模块的取景内容和拍摄的图片。

飞行控制模块：包括均与所述勘测专用处理器连接的电子指南针和气压计，，所述飞行控制模块还包括电子陀螺仪和加速度计等。所述电子指南针和气压计为四旋翼飞行器上原有的设备，均由锂电池统一供电。电子指南针用于控制飞行器的朝向，以此来确定基站轮廓的走向，气压计用于测量天线的高度。

所述图像采集模块为高清摄像头。

所述勘测专用处理器为arm架构处理器，用于控制数据采集单元中的其他设备。

勘测过程中，所述图像采集模块在同一水平线上的两个不同位置各拍摄一张照片。

勘测过程中，所述飞行器载体的头部的朝向固定。

所述数据采集单元还包括数模转换器，与所述勘测专用处理器及通信信号收发装置连接，用于将通信信号收发装置接收的基站天线信号转换成数字信号发送给勘测专用处理器。

所述通信信号收发装置为手机内置天线。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

(1)本发明将数据采集单元搭载在飞行器载体上，适用于勘测工作人员难以攀爬的各种通信基站，其智能度高，使用方便，工作效率高；

(2)本发明采用四旋翼飞行器，灵活度高，控制简单，对起降场地几乎没有要求，维护简单，不易损坏，成本低；

(3)本发明通过遥控飞行器载体可空中近距离采集基站天线信号强度信息，采集每个天线高度信息和基站的各种图像信息。

附图说明

图1是搭载数据采集单元的飞行器载体的结构示意图；

图2是地面控制与数据处理单元的结构示意图；

图3是实施例1中铁塔基站在图4中A向的侧视图；

图4是实施例1中铁塔基站的俯视图；

图中，1—飞行器载体，2—勘测专用处理器，3—通信信号收发装置，4—数模转换器，5—图像采集模块，6—飞行控制模块，7—遥控器，8—上位机。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

一种用于通信基站勘测的飞行机器人，用于对高耸的通信基站进行详细勘测，包括数据采集单元、飞行器载体1及地面控制与数据处理单元，数据采集单元进一步包括勘测专用处理器2、通信信号收发装置3、图像采集模块5、飞行控制模块6及数模转换器4，地面控制与数据处理单元(如图2所示)进一步包括相互连接的遥控器7和上位机8(平板电脑、PC机等设备)，飞行器载体1为四旋翼飞行器，勘测专用处理器2为arm架构处理器，图像采集模块5为高清摄像头，飞行控制模块6包括四旋翼飞行器上自带的电子指南针和气压计，均由锂电池供电，通信信号收发装置3为手机内置天线，勘测专用处理器2、高清摄像头及数模转换器4均由四旋翼飞行器搭载(如图1所示)，具体的，高清摄像头通过两轴云台与转动连接在四旋翼飞行器机身上，勘测过程中，高清摄像头的朝向可以调整。arm架构处理器与上位机8无线通信连接，将接收到的信号发送给上位机8，高清摄像头、手机内置天线、电子指南针和气压计均与arm架构处理器连接，并将采集到的信息发送给arm架构处理器，数模转换器4连接在通信信号收发装置3与arm架构处理器之间，用于将通信信号收发装置3采集到的信号转换成数字信号，高清摄像头用于在勘测过程中，获取基站的图像信息，采集同一水平线上两个不同位置的照片，勘测过程中，高清摄像头朝向可以调整，从而使镜头正对勘测平面。手机内置天线用于接收天线的信号，地面工作人员据此确定天线的类型，电子指南针用于控制四旋翼飞行器的朝向来确定基站轮廓走向，当四旋翼飞行器接近某一天线后，气压计的信号同时传递给arm架构处理器，并由arm架构处理器发送给上位机8，用于记录该天线的高度值。遥控器7用于在地面上控制四旋翼飞行器的运动，上位机8能够实时显示高清摄像头的取景内容和拍摄的图片，并能绘制出通信基站的细节图并能根据图片和相关参数计算出基站中每个天线的位置、发射信号的类别、剩余空间大小、天线挂高及基站尺寸等，同时，能显示手机内置天线所接收到的基站中天线的各类信号强度，从而，使地面工作人员判断出天线所发射的信号类型。这一点的依据是，当手机内置天线与天线距离越来越近时，前者所接收到的某种或某几种信号会逐渐增强，而其他的很多信号强度变化不大。例如，手机内置天线正在慢慢靠近一发射4G信号的天线，则手机内置天线接收到的4G信号会越来越强，而其他网络信号(如2G，3G，WLAN等)强度则变化不大。

采用上述发明对铁塔基站勘测的具体过程如下：首先控制四旋翼飞行器飞至基站的正上方(图3中位置1)，且四旋翼飞行器的头部朝向固定(本实施例中朝北)，以便进行下一步基站轮廓走向的确定和后续的尺寸测量，飞行器朝向固定后，转动两轴云台下面的转轴，使高清摄像头正对水平面(高清摄像头的初始方向与四旋翼飞行器头部的朝向相同)，然后进行图像采集，由于飞行器的头部指向北方，所以得到的基站俯视图的上面是北，下面是南，左面是西，右面是东，从而得到基站轮廓的走向。本实施例勘测的是一个横截面为正方形的角钢塔，则从其俯视图(如图4所示)中可知该角钢塔的每一个边的走向，即与正北方向的夹角，图4中N表示正北方向。

然后，通过遥控器7再控制飞行器飞至其中一个侧面，且与第一层天线(从上向下计数，一般每个铁塔基站都有若干层天线)同高的位置(图3中位置2)，进行图像采集。此时，高清摄像头的朝向应该调整为垂直于基站的该侧面，该过程需精确调整两轴云台的两个转轴的转角。接着，退后一定距离d至图3中位置3，再进行图像采集。勘测专用处理器2控制着将采集到的图像信息发送给地面控制与数据处理单元(图2)。地面控制与数据处理单元(图2)根据两次采集的图像和距离d可以计算出镜头视野内基站的所需勘测尺寸，主要是剩余空间，用于后期安装天线，采用的计算方法主要是，利用图3中位置2和位置3两次成像中目标尺寸的像素数、相机的焦距和距离d，根据相机的成像模型建立方程组并求解，即可得到目标尺寸的值。

然后，确定该侧面该层的每一个天线的信号类型。使飞行器慢慢靠近每一个天线，通信信号收发装置3接收各类信号后，再由数模转换器4将信号数字化，最后由勘测专用处理器2控制着将各类信号的信息发送给地面控制与数据处理单元。从而，地面工作人员根据各类信号强度，就可以确定该天线发射的信号类型。

当飞行器接近某一天线且与天线高度一致时，上位机8可以根据回传的气压计数据计算出该天线的高度。完成该侧面该层所有天线的测量后，使飞行器沿顺时针平动，接着勘测该层的下一个侧面，依次进行。当该层天线勘测完成后，使飞行器垂直下降，再勘测下面一层天线。这样依次进行，直至任务完成。

实施例2

本实施例采用本发明对楼顶基站勘测，与实施例1中的铁塔基站勘测策略略有不同。首先，使飞行器飞至楼顶基站正上方，采用高清摄像头进行图像采集。根据采集的图像确定该基站所在楼宇楼面的走向。接着，飞行器下降高度h，再次进行图像采集。然后，勘测专用处理器2将这两张照片发送至地面控制与数据处理单元(图2)，地面控制与数据处理单元(图2)根据这两张图片和高度h，计算出基站所在楼面的俯视角度的各个尺寸。一般楼宇的楼面会比较复杂，或是有很多造型。所以接着飞行器需飞行至某一侧面，进行类似于铁塔基站的图像采集，直至每个侧面勘测完成，从而可以得到楼宇顶部各个侧视角度的尺寸，则剩余空间的大小就可以从这些长度数据中，经过简单的计算得到，计算的方法主要是用楼宇顶部各边长减去现有天线等占用的长度。而对于每个天线所发射信号类别的确认方法与实施例1中铁塔基站的勘测相同。

Claims (3)

1.一种用于通信基站勘测的飞行机器人，其特征在于，包括：

数据采集单元：用于采集基站的图像信息及基站中每个天线的相关信息；

飞行器载体：用于搭载所述数据采集单元，实现空中无人勘测；

地面控制与数据处理单元：与所述数据采集单元无线通信连接，用于控制所述飞行器载体的运动，并能根据所述数据采集单元发送的信息计算出基站中每个天线的位置、天线发射信号的类别、剩余空间大小、天线挂高及基站尺寸；

所述数据采集单元包括：

勘测专用处理器：与所述地面控制与数据处理单元无线通信连接；

通信信号收发装置：与所述勘测专用处理器连接，用于接收基站中天线的信号并发送给所述勘测专用处理器；

图像采集模块：通过两轴云台转动连接在所述飞行器载体上并与所述勘测专用处理器连接，用于采集基站图像信息并发送给所述勘测专用处理器；

飞行控制模块：包括均与所述勘测专用处理器连接的电子指南针和气压计；

并且其中，所述通信信号收发装置为手机内置天线；

所述地面控制与数据处理单元根据所述手机内置天线所接收到的基站中天线的各类信号强度判断出天线所发射信号的类别；

所述飞行器载体为四旋翼飞行器；

所述图像采集模块为高清摄像头；

所述勘测专用处理器为arm架构处理器；

勘测过程中，所述四旋翼飞行器的头部指向北方，

所述图像采集模块在同一水平线上的两个不同位置各拍摄一张照片；

所述勘测专用处理器利用两个不同位置拍摄的照片中的目标尺寸的像素数、所述高清摄像头的焦距和拍摄距离，根据所述高清摄像头的成像模型建立方程组并求解得到目标尺寸的值。

2.如权利要求1所述的一种用于通信基站勘测的飞行机器人，其特征在于，所述地面控制与数据处理单元包括：

遥控器：用于控制所述飞行器载体的运动；

上位机：与所述遥控器连接，并与所述数据采集单元无线通信连接，根据所述数据采集单元发送的信息计算出基站中天线的位置、天线发射信号的类别、剩余空间大小、天线挂高及基站尺寸。

3.如权利要求1所述的一种用于通信基站勘测的飞行机器人，其特征在于，所述数据采集单元还包括数模转换器，与所述勘测专用处理器及通信信号收发装置连接。